双频- 双电压电脱水新技术

helloshigy

摘要: 目前我国开采出大量稠油和聚合物驱的原油, 这些原油的脱水一直是个难题。传统电
脱水方法作为这些原油脱水的首选或最后环节, 存在投资及运行费用高、脱水效率小及设备运行
不稳定等技术缺陷。国外针对这些难处理原油, 提出了双频- 双电压电脱水技术。该技术对电脱
水器的电源信号输出方式和电极结构进行了改造, 从根本上解决了稠油和聚合物驱的原油难脱水
的问题, 对我国的稠油脱水具有很大的参考价值。
关键词: 稠油; 聚合物驱的原油; 电脱水; 电泳; 静电聚集
1 　电脱水的机理
电脱水的原理是将原油乳状液置于直流、交流
或直流/ 交流双电场中, 由于电场对水滴的作用削
弱了水滴界面膜的强度, 促进水滴的碰撞, 使水滴
聚结成粒径较大的水滴, 在原油中沉降出来。直流
电场原油脱水主要以电泳聚集为主, 偶尔也会发生
偶极聚集, 脱水效果好, 适合处理较小的水颗粒。
但设备与带电流体间形成的金属/ 电解质回路会导
致设备的电化学腐蚀, 在交流电场中, 原油脱水以
偶极聚集和振荡聚集为主。这两种聚集的脱水效果
和原油含水率有关, 含水率较高时水滴的平均直径
亦大, 会有较好的脱水效果, 故不适合处理含水率
较低的原油乳状液。直流/ 交流双电场原油脱水结
合了原油电脱水的优缺点, 能够取长补短[1 ] 。
在外加电场的作用下, 原油乳状液的液滴间产
生相互作用力, 可使两个液滴聚合。作用力与外电
场强度、频率、乳状液的性质、分散相浓度、性质
和连续相的电性质有关。传统的电脱水器电源采用
单一的电压和频率, 电极采用金属电极, 是原油电
脱水效率低下的主要原因, 尤其对于稠油和聚合物
驱的原油, 这些硬件设施都无法从机理上解决难脱
水原油的技术问题。美国NA TCO 公司针对传统
电脱水器存在的这些问题, 研制出了双频—双电压
电脱水技术, 能够有效实现稠油和聚合物驱原油的
脱水, 可以说该技术在电脱水技术优化方面迈出了
很坚实的一步。
2 　电源输出方式的改造
图1 为双频—双电压电源电子控制系统示意
图, 该系统主要包括三相480 V 电源供给系统、
PC 控制器、电源电子器件、中频高压变压器、二
极管整流器及二级电压输出系统。为了解决电源电
子器件和变压器之间的距离问题、冷却问题以及能
够更加方便地对已有双电场脱水变压器进行改造,
电源电子器件、中频高压变压器、整流器(二极
管) 被封装在油浸的容器内。工作时, PC 控制器
能够依据原油的密度、水油密度差、导电率、含水
率及界面张力等参数确定输出电压最大值、最小
值、基频、调谐频率及基波波形, 电源电子器件按
照PC 控制器的数据信息对三相480 V 进行调整,
从而得到电压、频率及波形都满足优选电场要求的
电压信号, 供给中频变压器的一次绕组线圈, 中频
变压器的二次绕组线圈通过二极管整流器输出DC
- AC 双电场, 所产生的直流电压值可达到750 V。
图1 　双频—双电压电源电子控制系统示意图
211 　与传统的电源控制技术的比较
双频—双电压电源控制技术同传统的电脱水电
源控制技术相比, 主要在以下三个方面取得了重大
突破:
(1) 稳定的电力供给。这套技术的供电电源为
三相480 V 电源, 通过二极管整流可输出高达750 V
的直流, 因此不论脱水装置需要多大的电压, 输入
电源的相电压在所有工况下都能保持平稳运行。
(2) 提高了电源的可利用效率。传统的变压器
都应用100 %电抗线圈对变压器的“过载”进行保
护, 因此当原油的电导率过大或处理过程失稳时,
将不能提供维持液滴聚集所需要的电压供给。这项
新技术的电源供给系统应用较小的阻抗可以保证最